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來自超新星爆炸的史上最亮伽馬射線暴,發現正反物質湮滅證據



GRB 221009A 是有史以來探測到最明亮的伽馬射線暴事件,和其他事件亮度差異猶如室內小燈泡與運動場大燈。最近,NASA 費米伽瑪射線太空望遠鏡數據再揭開一個以前從未見過的新特徵,來自電子及其反物質「正電子」相互碰撞湮滅、並以 99.9% 光速向我們移動。

伽瑪暴(Gamma-Ray Burst,GRB)是宇宙已知最強大、最猛烈的爆炸,最常見伽瑪暴類型來自質量至少太陽 8 倍的恆星耗盡核心融合燃料、不再能抵消自身向內引力時發生,這會產生一個旋轉黑洞,將物質引導到兩極,並以接近光速的速度噴射出去。,當噴流直指地球,就會被視為伽瑪暴。

如果有一場伽瑪暴於地球幾千光年範圍內爆發,其巨大威力很可能破壞地球大氣層,而在所有可怕的伽瑪暴事件中,GRB 221009A 事件幾乎瞬間脫穎而出。

2022 年 10 月 9 日,費米伽瑪射線太空望遠鏡、尼爾·格雷爾斯雨燕天文台從距離地球約 22 億光年的南天獵犬座(Canis Major)方向,發現有史以來最亮伽馬射線暴「GRB 221009A」,暱稱 BOAT,其亮度超過以往觀測的任何 GRB,且就算距離如此遙遠,仍擾動了地球底電離層,成為天文學界重要研究對象。



事實上,GRB 221009A 在爆炸能量最強烈的時刻閃瞎全部望遠鏡,約 5 分鐘後才稍微變暗到足以讓望遠鏡正常收集數據,荷蘭拉德堡德大學團隊則從中注意到費米望遠鏡記錄了一個不尋常能量峰值。

當光穿過物質,由於元素以特定頻率吸收、發射光,會於這些光留下吸收與發射「指紋」,科學家便可依此重建光穿過的元素,確定與其相互作用的物體化學成分,而研究人員注意到的不尋常發射線特徵持續約 40 秒,峰值能量達 12 MeV(=1,200 eV)。作為比較,可見光能量通常落在 2~3 eV。

研究人員表示,這組特殊光譜發射線最可能由物質與反物質:電子、正電子相互碰撞湮滅引起。當電子和正電子碰撞湮滅,通常會產生一對能量為 0.511 MeV 的伽馬射線,這個數值遠低於 12 MeV,為了形成峰值為 12 MeV 的發射線,湮滅粒子必須以約 99.9% 光速向我們移動,產生極大藍移並被推向更高能量。

科學家至今仍在仔細研究 GRB 221009A 爆炸後果,比如今年 4 月,另一個團隊利用韋伯太空望遠鏡發現 GRB 221009A 伽瑪暴由超新星爆炸引起,但卻沒有在周圍找到任何重元素形成跡象,導致重元素起源又多了一個懸而未決的謎團。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

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